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溶液pH 值对石墨烯及其复合材料吸附重金属离子的影响∗曹明莉;盛智博;张会霞【摘要】重金属污染对人类赖以生存的环境带来诸多负面的影响，因此如何解决重金属污染是当前亟须解决的重要问题之一。
自石墨烯问世以来，由于其优异物理化学性质引起了科学界广泛的关注，较大的比表面积和较高机械强度等特性都使石墨烯及其复合材料成为理想的吸附材料，特别是用于重金属离子的吸附。
但石墨烯复合材料对水体中重金属离子吸附性能的受到很多因素有影响如反应时间、温度、体系pH 值等，其中pH 值是最重要的影响因素之一。
以影响吸附的因素为背景，以pH 值为切入点，较为详细地综述了 pH 值对石墨烯及其复合材料对重金属吸附的影响，并系统地分析和讨论了pH 值对吸附影响的原因和机理。
最后，对石墨烯及其复合材料应用于吸附水体重金属离子的前景进行展望。
%Thepollution of heavy ions are hazardous to environment.Therefore,it is essential to tackle heavy-metal contamination.Graphene has excellent physical and chemical characteristics,which arouse wide attention in scientific community,so that graphene-containing composite materials could be served as an ideal absorbent, especially for heavy metal ions,due to its large specific surface area and mechanical strength.For the effect of graphene-composite materials on heavy metal ions,itis subj ect to many factors,such as contact time,tempera-ture,pH value and so on,but the most relative important one is pH value.This paper not only gives an over-view of the effect of pH value on adsorption of graphene-containing composite materials,but also discusses rea-son and effect mechanism.And,in the last of this paper,thechallenges and application prospectsof graphene-containing composite materials are mentioned and commented.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2016(047)009【总页数】6页(P9051-9056)【关键词】pH 值;石墨烯;复合材料;重金属离子;吸附【作者】曹明莉;盛智博;张会霞【作者单位】大连理工大学土木工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学土木工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学土木工程学院，辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】X703近年来，随着工业发展的加速，各种重金属离子通过工业废水排入到江河湖泊等水体中，造成了日益严重的环境问题[1-3]。
氧化石墨烯处理污水技术及市场应用难点氧化石墨烯是较为成熟的一种石墨烯衍生物。
作为石墨烯的“进化体”，氧化石墨烯既完美继承了石墨烯该有的一切特性，又让其表面带上了强化吸附的利器：含氧官能团。
这些含氧官能团主要是一些“亲水基”，如-COOH、-OH等。
它们使氧化石墨烯带上了良好的亲水性，既易溶于水，又能与亲水性物质稳固地结合形成复合物，从而对工业废水中的重金属离子和有机污染物有较好的吸附作用。
①对重金属离子的吸附氧化石墨烯对重金属离子的吸附，主要通过静电作用和络合反应。
重金属在水中大多以阳离子形式存在，而含氧官能团一般带负电荷，通过静电作用，这部分阳离子重金属能够得到较好的吸附去除。
其中，一些多价金属离子更容易和含氧官能团发生络合反应，通过离子交换，达到去除目的。
有关研究表明，氧化石墨烯对水体中铅的吸附量是活性炭的10倍，其对汞的去除能力比其他吸附剂高5倍。
②对有机污染物的吸附氧化石墨烯对废水中的阳离子染料、芳香族化合物及高分子有机物等有机污染物具有较强的吸附作用，主要通过静电作用和π-π交互作用。
含氧基团使氧化石墨烯表面带负电，通过静电作用，能够强有力的吸附废水中的阳离子污染物。
而废水中的芳香族化合物则会和π-π键相互作用，发生有效吸附。
1、石墨烯类复合材料--协同光催化材料提高水处理效率众所周知，光催化反应作为一种环境友好型水处理技术，深受大众喜爱。
其作用原理简单来说就是，利用光来激发半导体催化剂，引起氧化还原反应，从而氧化分解废水中的污染物。
这一过程说起来还挺复杂，归纳一下就是涉及：电荷分离。
只要保证了电荷分离的快和稳，这光催化反应效率就直线上升了。
而石墨烯类复合材料因其杂化方式的特别，恰好就具备了较高的电子传输性能，可以实现快速的电子转移，降低光生载流子的复合。
其与光催化材料结合，就能大大提高催化效率，达到协同处理废水污染物的目的。
被大家称为“21世纪最佳光催化材料”的二氧化钛，本身已经具备很好的光催化能力。
石墨烯基材料应用于水污染物治理领域的研究进展孟亮;孙阳;公晗;王平;乔维川;甘露;徐立杰【摘要】石墨烯由于其独特的性能在水污染治理领域成为一种极具潜力的环境功能材料.本文综述了近几年石墨烯、氧化石墨烯及其复合材料在水污染物治理中的四方面典型应用,即作为吸附剂、光催化剂、电催化氧化剂和其它催化氧化剂(活化H2 O2 、过一硫酸盐).从不同类型的水污染物角度出发,分类概述了针对重金属离子、染料类污染物、新兴环境污染物和一些无机营养元素的处理过程中石墨烯的添加对材料功能及体系作用机理的影响,还综合分析了一些重要水环境因子(如pH值,污染物浓度等)、催化剂自身的性质和石墨烯掺杂量等因素对污染物去除效率的影响.最后,针对目前石墨烯基材料在水污染治理领域的研究应用存在的问题做了总结并展望了今后研究的方向.%Graphene-based nanomaterials have attracted increasing attention in different areas, such as material science, chemical engineering and environmental science. In recent years, it and its derivatives (e. g. graphene oxide, reduced graphene oxide) have been considered promising functional materials in water pollution control because of their many unique properties. Recent intense re-search on the development of graphene-based composite materials has expanded their application to water treatment. Progress in the use of graphene, graphene oxide and graphene-based composite materials in water pollutant treatment is reviewed, including their use as adsorbents, photocatalysts, and the oxidant and oxidant (e. g. H2 O2 , peroxymonosulfate) activators in electrocatalysis. Wa-ter pollutants are heavy metal ions, dyestuffs, some inorganic nutrients and the emerging environmental pollutants. Not onlyare the mechanisms of the use of graphene and its derivatives in different treatment processes considered, but the effects of important factors on the removal efficiency of pollutants are analyzed, such as environmental factors (e. g. pH, pollutant concentration), the proper-ties of the materials (e. g. particle size, surface charge) and the concentration and morphology of the material. Current problems of using graphene-based composite materials in water treatment are summarized and future research directions are proposed.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2019(034)003【总页数】18页(P220-237)【关键词】石墨烯;吸附;重金属离子;有机污染物;新兴环境污染物【作者】孟亮;孙阳;公晗;王平;乔维川;甘露;徐立杰【作者单位】南京林业大学生物与环境学院,江苏南京 210037;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京 210037;华南农业大学海洋学院,广东广州 510642;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京 210037;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京 210037;南京林业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210037;南京林业大学生物与环境学院,江苏南京 210037【正文语种】中文【中图分类】X521 前言近些年，随着现代化工的发展，越来越多的新型水环境污染物(重金属离子、各类顽固有机污染物)引起关注，严重威胁着人们的健康[1]。
新型水处理技术在污水处理中的应用随着城市化进程的加速，污水处理成为城市生活中不可忽视的问题。
传统的污水处理方式往往有着高耗能、低效率等问题，且污染物的去除也存在一定的局限性。
新型水处理技术的应用为污水治理带来了新希望。
一、生物膜反应器技术生物膜反应器技术是一种利用生物膜过滤器去除废水中污染物的一种技术，具有高效、占地面积小、运维成本低的优势。
它将移动床反应器和生物膜反应器的优点结合在一起，可以有效地去除废水中的有机物质和氨氮，对处理厂建设和运营成本都有较大的节省，是一种较为成熟的相对成熟的技术。
二、零排放技术传统的污水处理方式往往存在间接排放的问题，即在治理过程中，废水中的污染物被转化成固体污染物，但是固体污染物的后续处理常常需要依赖于第二级或第三级的处理。
而零排放技术的出现，使得废水处理不再具有间接排放的问题。
采用这种技术可以实现废水直接经过二次处理后达到排放标准，极大地提高了处理效率，同时可以减少水体污染和废水处理成本。
三、化腐朽为神奇技术化腐朽为神奇技术是一种将石墨烯技术与电化学方法相结合的新型水处理技术。
这项技术可以将废水中的有机物质转化为二氧化碳和水，同时伴随着废物水中的重金属离子等任何其他化合物的还原，最终只剩下石墨烯的产物。
这种新型水处理技术具有处理效率高、污染物处理彻底、操作简单等优点，是一种比较先进的污水处理技术。
四、超滤膜技术超滤膜技术是一种利用超滤膜对溶解、悬浮、胶体、大分子和颗粒等从废水中筛选出来的新型水处理技术。
超滤膜对水中的农药、化肥、重金属、致病微生物、腐败细胞和有机酸等有机和无机物分离效果非常高，而且膜的寿命长，可以模块化设计，实现自动化控制。
超滤膜技术是一种无限期可持续发展的绿色清洁技术，具有非常广泛的应用前景。
总体而言，新型水处理技术的应用，可以更有效地处理城市污水，尽可能地减少对环境的污染，同时提高了废水处理的效率，降低了运行成本，从而更好地服务于城市生活和环境可持续发展。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
TFN膜纳米材料的选择及其在水处理中的应用摘要当下水危机愈发严重，掺杂纳米材料制备成的薄膜纳米复合材料（TFN）膜，有望缓解传统薄膜复合材料（TFC）膜的缺陷。
本文对无机、有机和复合纳米材料进行了比较，简述了不同尺寸、形状纳米材料的特点，回顾了TFN膜在水处理过程中的表现。
希望可为研究人员制造TFN膜提供见解。
关键词：TFN膜；纳米材料；水处理引言在微孔支撑基底沉积形成薄的聚酰胺选择层（PA层）的膜称为TFC膜。
TFN膜是指将纳米级材料应用到基膜或者PA层的表面或内部。
纳米材料在分离膜中的作用主要有：（1）借助纳米材料内部的尺寸通道过滤水[1]；（2）改变膜的亲/疏水性；（3）一定程度上干扰PA层聚合物的形成，使PA层结构更疏松[2]；（4）引入一些功能官能团[3]。
本文主要对TFN膜中纳米材料的类别及特性进行了相关阐述，并介绍了当前TFN膜在水处理中的应用概况。
1纳米材料的选择及对膜性能的影响1.1 纳米材料的种类1.1.1 无机纳米材料利用无机纳米材料的掺杂制备而成的TFN膜，常可以显著改变膜表面荷电性、抗菌性[4]、亲疏水性和选择性等。
常用的无机纳米材料有：二氧化钛、二氧化硅、石墨烯和氧化石墨烯（GO）等。
Shao等人[5]通过化学键和物理吸附作用，在PA层表面上的逐层自组装TiO和GO，当接枝层数等于6时效果最好。
2但仅靠物理作用进行掺杂的机纳米材料容易浸出或脱落[6]，还容易在膜内发生局部聚集。
1.1.2 有机纳米颗粒有机物之间常具有良好的相容性，界面聚合时可以通过化学键进行交联。
有机材料与PA层的交联往往比无机材料更紧密，Wang等人[7]在制模过程中，分别利用相同尺寸的有机材料氨基苯酚/甲醛树脂聚合物纳米球（APFNSs）与其完全碳化后的无机产物氮掺杂纳米球（N-CNSs）进行掺杂，有机的APFNSs能与均苯三甲酰氯（TMC）形成稳定的酰胺键，使其与PA层聚合更加紧密，而无机的N-CNS无法扩散到PA层中，只能留在PA层底部的支撑或半嵌入。
石墨烯作为催化剂的研究石墨烯是一种具有独特性质和广泛应用前景的材料，其在催化剂领域中也受到了越来越多的关注。
本文旨在探讨石墨烯作为催化剂的研究进展。
一、石墨烯的催化剂应用石墨烯具有高比表面积、优异的导电性、化学稳定性和热稳定性等特点，使其成为理想的催化剂载体。
同时，石墨烯的π电子结构也为其赋予了一定的催化活性和选择性，这使得石墨烯催化剂在环境保护、能源转化、有机合成等领域具有很大的应用潜力。
以环境保护领域为例，石墨烯催化剂可以用于水处理、空气净化、废气处理等方面。
石墨烯的高比表面积使其可以吸附和活化污染物，其优异的导电性和选择性使其可以用于电化学催化转化。
此外，石墨烯还可以用于固体废物的资源化利用，例如将二氧化碳转化为有用的化学品，实现“废为宝”的循环利用。
二、石墨烯催化剂的制备方法传统的催化剂制备方法主要是物理和化学方法，如沉淀法、共沉淀法、还原法、溶胶-凝胶法等。
然而，这些方法存在制备难度大、成本高等问题。
而石墨烯作为催化剂载体的制备方法也在不断创新和完善中。
在成品石墨烯的制备方面，化学气相沉积(CVD)和化学还原法是目前应用较为广泛的方法。
而对于制备石墨烯催化剂，较常用的方法包括溶液还原法、热化学还原法、等离子体还原法等。
三、石墨烯催化剂的应用研究1. 氧还原反应(ORR)氧还原反应是石墨烯催化领域的重要应用之一。
传统的催化剂如铂、钯等在氧还原反应中具有很高的催化活性和选择性，但价格昂贵，而石墨烯催化剂则可以替代这些昂贵的催化剂。
石墨烯催化剂的氧还原反应机理主要是电化学过程和非电化学过程两种。
电化学过程以石墨烯材料本身作为催化剂，而非电化学过程则是利用石墨烯载体作为基底，通过调控表面活性位点等方式实现催化反应的进行。
2. 二氧化碳还原反应(CO2RR)二氧化碳还原反应是一种环保型的反应，可以将二氧化碳转化为有用的化学品。
然而，这种反应具有较高的能峰和较弱的结合能，传统催化剂如铜、钴等催化活性较低，而石墨烯催化剂则以其优异的导电性、热稳定性和电子传输能力等优点具有很大的应用潜力。
石墨烯管道的材料制备及其性能研究随着科技的发展和人们对生活质量的要求越来越高，水资源的有效利用和保护问题日益突出。
石墨烯管道作为一种新型的水处理材料已经开始成为研究的焦点。
本文将介绍石墨烯管道的材料制备及其性能研究现状。
一、石墨烯管道的材料制备石墨烯管道是由单层或多层石墨烯卷成管状结构，其独特的结构和性能使其在水处理方面具有广阔的应用前景。
石墨烯管道的制备方法主要有以下几种：1、化学气相沉积法。
该方法通常采用金属催化剂，将石墨烯直接沉积在管壁上。
这种方法制备的石墨烯管道十分薄，而且表面光滑，能够有效地减少水流阻力。
2、化学还原法。
将氧化石墨烯经过化学还原反应后，形成的还原石墨烯可以通过卷曲、滚动等方式构建成管道结构。
这种方法制备的石墨烯管道比较简单易行，但是管道厚度较大。
3、电化学沉积法。
该方法通常采用电解池将石墨烯沉积在电极上，然后通过控制电场将其卷曲成管道结构。
这种方法制备的管道结构规整，但是工艺复杂。
二、石墨烯管道的性能研究石墨烯管道具有许多优异的性能，主要包括以下几个方面：1、高效的过滤性能。
石墨烯管道具有高度的孔隙度和表面积，可以减少水处理中的胶体、有机物和氧化物等物质，从而提高水的质量。
2、优异的抗腐蚀性。
石墨烯管道由于其独特的结构和原子层覆盖的特性，可以有效地抵抗水中的酸碱、氧化物等物质的腐蚀。
3、高度的疏水性。
石墨烯管道表面具有疏水性，可以防止水中的杂质在管道表面沉积，从而减少管道的清洗和维护次数。
4、高强度和稳定性。
石墨烯管道具有高度的强度和稳定性，可以承受高压和高温等极端条件下的使用。
总体来说，石墨烯管道具有许多独特的优异性能，可以用于水处理、海水淡化、废水处理等领域。
三、石墨烯管道应用前景随着技术的不断发展和水资源的日益紧缺，石墨烯管道具有广阔的应用前景。
石墨烯管道不仅可以用于污水处理、海水淡化等领域，还可以用于高速铁路、飞机等交通工具中的水处理。
同时，石墨烯管道不仅可以用于水资源的处理和保护，还可以作为一种新型的能源材料使用。
纳米复合材料的水处理应用研究随着人们生活水平的日益提高，对于水资源的需求也越来越大，而当今的水资源已经开始出现短缺的现象。
因此，如何科学地利用和处理水资源，成为了当今社会需要解决的关键问题之一。
而在这个问题中，纳米复合材料在水处理方面扮演着越来越重要的角色。
纳米复合材料是由两种或以上的材料结合而成，具有优异的性能和功能。
在水处理方面，纳米复合材料可以利用其特有的结构，有效去除水中的杂质和污染物，达到净化水质的目的。
下面将从纳米复合材料的种类、制备方法和水处理效果三个方面来探讨其在水处理中的应用研究。
一、纳米复合材料的种类目前，纳米复合材料种类繁多，其中在水处理方面应用较多的包括：纳米纤维复合材料、石墨烯复合材料、纳米氧化铁复合材料、纳米银复合材料等。
这些复合材料都具有不同的特性和应用场景，下面将针对其中的几种进行简要介绍。
1. 纳米纤维复合材料纳米纤维复合材料是由纳米级的纤维和其他材料组成的复合材料。
纳米纤维具有非常细小的尺寸和高的比表面积，可以增大材料的接触面积和反应活性。
利用纳米纤维与其他材料的复合，可以制备出高效的去除水中污染物的材料。
目前，研究人员已经成功利用纳米纤维复合材料去除水中的重金属离子、有机物和微生物等。
2. 石墨烯复合材料石墨烯是一种具有特殊结构和性能的材料，可以用于制备不同种类的纳米复合材料。
石墨烯复合材料表现出优异的导电性、光催化和抗菌性等特点，这些特性使得其成为了一种有应用前景的水处理材料。
目前，研究人员已经成功制备出了石墨烯/纳米氧化铁、石墨烯/纳米银等复合材料，并在去除水中污染物方面表现出良好的性能。
3. 纳米氧化铁复合材料纳米氧化铁具有高比表面积和特殊的吸附性能，可以利用其在材料中的特殊作用制备出一系列高效的水处理材料。
研究人员已经成功制备出多种纳米氧化铁复合材料，并用于去除水中的氯苯、氯化物离子和有机物等污染物。
同时，研究人员还利用其制备出具有可控释放铁离子的纳米氧化铁复合材料，可用于实现对磷酸盐的去除。
污水处理中的新型纳米材料随着工业和人口的增长，污水处理已成为当今世界面临的重大挑战之一。
在过去几十年里，人们采用了各种方法来净化水，包括化学药剂、物理过滤和生物技术等。
在这些方法中，纳米材料技术正在变得越来越流行，因为它具有高效、经济和可持续的特点。
纳米材料是指直径在1-100纳米之间的材料，它们在物理和化学性质上与它们的宏观组分不同。
有越来越多的迹象表明，纳米材料在污水处理中的应用可以提供高效的污水净化效果，同时减少化学药物和物理过滤的成本和环境影响。
本文将研究有哪些新型纳米材料正在被使用，并探讨它们在污水处理中的应用。
1、氧化石墨烯氧化石墨烯是一种二维物质，由碳原子形成的网格构成。
它具有高度可控的化学反应性和传导性，并且因其巨大的比表面积而具有出色的吸附能力。
这使得氧化石墨烯在水处理中有着广泛的应用，特别是在处理重金属和有机污染物时的吸附。
2、磁性纳米颗粒磁性纳米颗粒（MNP）是一种可以通过磁性操纵进行分离和回收的纳米材料。
它们可以在水中捕获有机和无机污染物，然后使用磁力将其分离出来。
此外，磁性纳米颗粒还可以用于吸附污染物，这将有助于提高净化效率。
然而，目前MNP的长期环境影响还不为人们所知，因此需要进行更多的研究和评估。
3、二氧化钛纳米颗粒二氧化钛颗粒（TiO2）是一种广泛应用于许多技术的纳米材料，包括污水处理。
TiO2具有光催化活性，这意味着它可以吸收紫外线并将其转换为化学反应。
当TiO2表面吸附有机污染物时，它们就会被氧化，形成无害糖醛、醛类和酸类物质。
此外，TiO2可以通过在水中形成氧化还原反应来从废水中去除有害化学物质，例如重金属和氮污染物。
4、纳米反应剂纳米反应剂（NANO-X）是一种新的污水处理技术，它使用纳米材料来降解和清除有机污染物。
这种技术在使用过程中，将采用纳米材料建造一些反应器，其中包含有机污染物。
这些材料会随后被降解，从而导致分解为无害的化学物质。
这种方法可以处理各种类型的污染物，包括有机化合物和重金属，适用于各种类型的行业。
石墨烯复合材料的研究及其应用任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。
本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。
并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。
关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料Research and Application of Graphene compositesABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials.Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。
石墨烯废水处理及回用工艺研究王庆【摘要】针对石墨烯废水处理工艺极少,且废水处理不易达标的问题,介绍了一种废水处理和回用系统.该系统包括:pH调节池、絮凝反应池、沉淀池、气浮设备、多介质过滤器、活性炭过滤器、第一保安过滤器、超滤装置、中间水箱、第二保安过滤器、反渗透装置,经过处理后的废水最终达到回用水要求,实现了资源的再利用.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2016(042)011【总页数】1页(P49)【关键词】石墨烯;废水处理;回用;工艺研究【作者】王庆【作者单位】科盛环保科技股份有限公司,江苏南京 210000【正文语种】中文【中图分类】TQ052作为材料界的新星，石墨烯因具有极好的电学、力学、热学以及光学性能，在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。
随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯（Graphene）作为一种新兴材料，其产业化应用步伐正在加快，生产量逐渐增加。
在产品生产过程中会产生大量生产废水，如不处理，会对周边环境造成极大的污染。
然而，目前针对此类废水的处理工艺极少，且废水处理不易达标，对石墨烯废水的处理亟不可待。
如图1所示，该石墨烯废水处理和回用系统主要包括预处理单元和回用处理单元，其最终将石墨烯废水经过处理后，进行回收再利用，不仅解决了石墨烯生产废水处理的问题，而且节约了资源。
1.1 预处理部分主要是对废水中量多、有害的杂质进行处理，其包括有依次连接的收集池、调节池、pH调节池、絮凝反应池、沉淀池、和气浮设备和储水池；相邻设备之间通过管道连接，管道的质量要求根据石墨烯废水的化学及物理性质决定，在此不作特别限定。
其中，收集池为生产废水的第一道集水设备，其内设置有提升泵，采用高开低停的控制方式，在收集池内废水达到一定的液位后，提升泵才工作，将收集池内废水输送至pH调节池；pH调节池、絮凝反应池、沉淀池、和气浮设备均为反应池，在池内废水发生一系列反应（包括化学反应和物理反应），废水经过预处理后进入储水池。
石墨烯-PET复合纤维的制备及其对水中结晶紫的吸附宋长远;王煦漫;段凯迪;王魁;陈鹏【摘要】为解决印染废水的环境污染问题,以涤纶(PET)纤维为基体,还原氧化石墨烯(rGO)作为功能涂层,采用浸渍-还原法制备rGO-PET纤维,研究复合纤维对水中结晶紫的吸附情况.实验结果表明,当温度为30℃,pH值为6,吸附剂用量为200mg 及吸附时间为60min时,对溶液中结晶紫的吸附量最高;复合纤维对结晶紫的吸附行为符合准二级动力学吸附模型,且最大理论吸附量为30.528mg/g.吸附结束后,取出复合纤维进行解吸附再生,可实现吸附剂的循环使用.%To solve the problem of environmental pollution of printing and dyeing wastewater, rGO-PET fibers which were made of polyester(PET)fiber as matrix and reduced graphene ox-ide(rGO)as functional coating were prepared by dipping-reduction method.The composite fi-ber was used as a kind of renewable adsorbent to study its adsorption of crystal violet.Results show that the amount of adsorption of crystal violet reaches highest value under the conditions of 30℃,the pH6,the composite dosage of 200mg,and the adsorption time of 60 min.The ad-sorption behavior of the composite fibers on the crystal violet was in accordance with the pseu-do-second order kinetic model,and the maximum theoretical adsorption was 30.528mg/g.Af-ter the adsorption,remove the composite fiber for desorption regeneration which can achieve the recycling of adsorbents.【期刊名称】《纺织高校基础科学学报》【年(卷),期】2018(031)001【总页数】6页(P7-12)【关键词】石墨烯复合纤维;吸附;结晶紫;解吸附再生【作者】宋长远;王煦漫;段凯迪;王魁;陈鹏【作者单位】西安工程大学材料工程学院,陕西西安 710048;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江宁波 315201;西安工程大学材料工程学院,陕西西安710048;西安工程大学材料工程学院,陕西西安 710048;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江宁波 315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江宁波315201【正文语种】中文【中图分类】TQ6330 引言印染废水具有色度深、有机物含量高、毒性强且难降解等特点,因此在处理时需要特殊的工艺技术[1-2]．石墨烯作为一种新型的二维材料,因自身比表面积大、物化性质稳定且具备π电子共轭结构,在水处理领域有巨大的应用潜力[3]．与传统的吸附剂相比,石墨烯吸附材料的孔状结构使得污染物具有更高的扩散速率,从而能够达到更高的吸附速率[4]．此外,石墨烯吸附材料的生产成本更低[5]．在有机废水处理方面,文献[6]研究发现,石墨烯与氧化石墨烯(GO)对有机物菲的吸附量分别为208.3 mg/g和174.6 mg/g．文献[7]通过实验得出:还原氧化石墨烯(rGO)对双酚A的吸附量达到181.82 mg/g．但目前国内外对石墨烯吸附材料吸附结晶紫等印染废水的研究较少,并且当吸附结束后,石墨烯材料的回收难度较大,容易产生二次污染,很难实现循环使用,使得制作成本提高．因此,以石墨烯及其衍生物为主要吸附成分,选取适当的载体制备石墨烯复合材料,研究复合材料在废水中的快速回收及再生具有重要的意义．本文以常见的涤纶(PET)纤维作基体,使用聚多巴胺(PDA)活化纤维表面,负载还原氧化石墨烯(rGO)片层,得到具有吸附性能的rGO-PET复合纤维．以复合纤维作为吸附剂吸附水中的结晶紫染料,吸附结束后,通过解吸附再生,实现纤维复合材料的循环使用．1 实验1.1 试剂与仪器1.1.1 试剂石墨粉(宁波墨西科技有限公司);涤纶纤维(中科院宁波材料所高分子事业部,细度4.2 dtex);盐酸多巴胺(上海阿拉丁生化科技股份有限公司);结晶紫(上海朝瑞生物科技有限公司);高锰酸钾(天津化学试剂三厂);硝酸钠(广州化学试剂厂);氢氧化钠(天津化学试剂六厂).以上试剂均为化学纯．1.1.2 仪器 722型可见分光光度计(上海棱光技术有限公司);AD-12型恒温振荡箱(广东鹤山精湛染整设备厂有限公司);BrukerVector70红外光谱仪(布鲁克光谱仪器公司);S4800场发射扫描电镜(日本日立公司)．表 1 涂覆次数与石墨烯负载质量分数Table 1 Coating times and the content of graphene %材料涂覆次数12345GO0 810 941 131 371 37rGO0 770 871 081 301 311.2 实验方法1.2.1 石墨烯/PET复合纤维的制备通过改进Hummer法[8]制备质量分数为8.5%的氧化石墨烯(GO)水分散液．将一定量的涤纶纤维放置在盐酸多巴胺的缓冲液中活化24 h后,再将其浸渍在GO水分散液中,搅拌1 h后取出并干燥，即完成一次涂覆.涂覆次数与石墨烯负载量的关系见表1.结果发现,经4次涂覆后GO的负载量达到饱和,最大负载质量分数为1.37%．然后将GO-PET纤维放入水合肼的氨水溶液中,95 ℃搅拌2 h得到还原氧化石墨烯-涤纶(rGO-PET)复合纤维.由于在还原过程中,GO脱去大量的羟基使得最终rGO的负载量略低．综合考虑负载量和成本等因素,选取4次涂覆工艺批量制备rGO-PET复合纤维．1.2.2 吸附实验分别称取一定量的rGO-PET纤维置于8只具塞锥形瓶中,加入一定浓度的结晶紫溶液,再将烧瓶放入30 ℃的恒温振荡箱中振荡一段时间,用分光光度计测定上层清液的吸光度(λ=580 nm)．以吸附量qe(mg/g)表征吸附效果.吸附量按式(1)计算：(1)式中:c0为结晶紫的初始质量浓度,mg·L-1;ce为吸附平衡时溶液中结晶紫的质量浓度,mg·L-1;m为rGO-PET纤维的质量,g;V为溶液体积,L．吸附实验结束后取出吸附剂,用0.1 mol/L的NaOH溶液对吸附剂进行解吸附．将200 mg的吸附剂放置在浓度为500 mg/L，pH为6的结晶紫溶液中,30 ℃下吸附60 min,记录吸附情况．重复以上实验,考察吸附剂的再生性能．2 结果与讨论2.1 FTIR分析图 1 rGO-PET的红外谱图Fig.1 FTIR spectra of rGO-PETrGO-PET的红外谱图如图1所示,位于2 970 cm-1,2 913 cm-1和1 408 cm-1处的吸收峰是由亚甲基(—CH2)中C—H键振动引起;1 249 cm-1,1 098 cm-1以及1 014 cm-1位置的峰是PET中C—O键的伸缩振动峰;1 613 cm-1,1 501 cm-1,1 408 cm-1,862 cm-1和723 cm-1位置的峰为PET分子中苯环骨架振动引起的吸收峰．在1 174.77 cm-1与1 044.30 cm-1处的2个峰,分别为亚氨基以及叔氨基上的氮与相邻苯环上碳形成的C—N伸缩振动峰,是由多巴胺两种不同的自聚方式产生[9-10]．1 581 cm-1和1 341 cm-1处分别为rGO上CC键以及C—C键的吸收峰,970 cm-1为C—O—C环氧键的吸收峰,在3 431 cm-1位置观察到了羟基(—OH)的存在,结合1 708 cm-1处的羰基(CO)吸收峰,证实rGO表面保留了一定数量的羧基(—COOH)．红外结果表明,经由多巴胺改性后,PET基体成功与rGO复合．2.2 SEM分析图2为PET纤维与rGO-PET纤维的SEM图片．从图2(a)中可以看出,PET纤维表面较为光滑,材料表面的杂质为加工过程中残留的部分助剂.而rGO-PET纤维(如图2(b)所示)表面则十分粗糙并且存在大量片状结构,这是因为rGO涂覆在了纤维的表面．图中可以观察到rGO呈小片状且松散排布,rGO具有较大的比表面积,能够提供更多的活性位点,便于与染料分子进行反应[11]．(a) PET纤维 (b) rGO-PET纤维图 2 纤维的SEM图片Fig.2 SEM images of fibers2.3 吸附剂用量对去除率的影响在温度30 ℃,pH值为6,结晶紫的初始浓度为400 mg/L,吸附时间为60 min的条件下,吸附剂的用量对结晶紫去除率的影响结果如图3所示．从图3中可以看出,随着吸附剂量的增加,结晶紫的去除率逐渐升高,当吸附剂用量为200 mg时,吸附效果最明显,去除率达到23.897%．这是因为在其他条件不变的情况下,适当提高吸附剂的量,活性吸附位点的数量会明显增加从而改善吸附效果．但当吸附剂投加量到一定程度后,吸附剂对结晶紫的吸附达到平衡,吸附剂的利用率会下降.对于纤维型吸附剂来说如果投入量较多,纤维在溶液中会发生缠结等情况,导致其比表面积下降,吸附活性位点数量也受到影响,去除率反而会降低．综合考虑以上实验结果,本实验选取rGO-PET纤维作为吸附剂的最佳使用量为200 mg．2.4 吸附时间对吸附量的影响在温度为30 ℃,pH值为6,吸附剂用量为200 mg,结晶紫浓度为500 mg/L时,吸附时间对吸附量的影响如图4所示．从图中可以看出,在前20 min内吸附剂的吸附速率十分迅速,这是因为rGO的表面存在带有负电荷的羧基官能团,同结晶紫可以通过静电的形式相互作用,短时间内完成吸附;而20～60 min期间,由于静电吸附趋于饱和,此吸附过程依靠石墨烯片层之间孔洞的物理吸附[12]以及石墨烯同结晶紫分子链上苯环之间的π电子[13]作用实现,因此吸附速率略有下降．当吸附时间为60 min时,吸附量最大为30.424 2 mg/g,此时rGO表面的活性位点以及孔洞结构被结晶紫分子完全覆盖,吸附达到饱和;在60～120 min,吸附量基本保持不变,吸附剂在溶液中同时存在吸附与解吸附现象,为吸附平衡阶段．图 3 吸附剂投加量对吸附结晶紫的影响图 4 吸附时间对吸附量的影响 Fig.3 Effect of the amount of absorbents on the adsorption of crystal violet Fig.4 Effect of the time on the adsorption2.5 结晶紫初始浓度对吸附量的影响在温度为30 ℃,pH值为6,吸附剂用量为200 mg,吸附时间为60 min的条件下,研究结晶紫初始浓度与吸附量的关系,结果如图5所示．结晶紫初始浓度与吸附量基本呈对数关系,其中当初始浓度为500 mg/L时,吸附量达到最大值30.424 2mg/g．这是因为在高浓度环境下,结晶紫分子迅速与rGO表面的吸附点结合,使得吸附剂的吸附能力得到充分发挥,但当浓度更高时,吸附量基本保持不变.2.6 pH值对吸附量的影响pH的变化会影响吸附质的溶解度以及吸附剂表面的电荷情况．在温度30 ℃,吸附剂用量为100 mg,结晶紫的初始浓度为400 mg/L,吸附时间为60 min的条件下,溶液pH值对吸附量的影响如图6所示．随着溶液pH的增加,吸附剂对结晶紫的吸附量,呈先上升后下降的趋势,其中在pH=6时,达到最大值24.052 mg/g．这是由于水合肼与GO反应时,只还原了表面的羟基,rGO表面仍然存在大量的羧基[14],在水溶液中显负电性,能够与显正电的结晶紫发生静电作用实现吸附[15]．但是当pH值较小时,溶液中过多的H+会影响羧基的电离,导致其吸附能力下降;之后随着pH的升高,吸附量呈线性增长;但当pH进一步升高,溶液中的OH-增多,会同结晶紫相互作用影响吸附效果,导致吸附量降低[16],因此,当pH=7时,吸附量略有下降,为22.822 mg/g．图 5 结晶紫初始浓度对吸附量的影响图 6 初始pH对结晶紫吸附量的影响Fig.5 Effect of initial concentration of crystal violet on the adsorption Fig.6 Effect of initial pH on the adsorption of crystal violet2.7 解吸附再生研究rGO-PET吸附剂以纤维为载体,在吸附过程结束后能够轻松地实现吸附剂的回收,并通过解吸附实现纤维的循环使用,以达到提高使用率，降低成本的目的．通过循环吸附试验得到解吸附次数与吸附量的关系，如图7所示．结果显示,在第一次解吸附后,吸附剂的吸附量下降明显,是因为纤维上的一部分rGO通过带负电的官能团吸附结晶紫,这种通过静电力实现吸附的方式作用力较大,很难完全实现解吸附,因此极大地影响了循环使用时的吸附效果．经过5次再生后,rGO-PET纤维的吸附量为19.22 mg/g,为回收前的63.18%．图 7 再生次数对吸附结晶紫的影响Fig.7 Effect of the regeneration times on the adsorption of crystal violet2.8 吸附动力学为探究rGO-PET纤维的吸附行为,采用准一级[17]和准二级[18]两种动力学模型研究其对结晶紫的吸附动力学．(2)(3)式(2),(3)分别为准一级和准二级动力学方程．式中:t为吸附时间,min;qt为t时刻的吸附量,mg/g;k1,k2分别为准一级和准二级吸附速率常数．将rGO-PET对结晶紫的吸附结果按照方程分别做线性回归,得到准一级和准二级动力学模型，参数如表2所示．由表2中的相关系数(R2)得出,准二级动力学模型对实验结果的拟合较为理想,相关系数达到0.995 68,且根据准二级反应动力学计算出的qe,cal(理论吸附量)同qe,exp(实际吸附量)更为近．因此,rGO-PET纤维对结晶紫的吸附更符合准二级动力学．表 2 rGO-PET吸附结晶紫的动力学参数Table 2 Calculated kinetic parameters for the adsorption of crystal violet onto the rGO-PET结晶紫浓度/(mg·L-1)qe，exp/(mg·g-1)准一级动力学k1/min-1qe，cal/(mg·g-1)R2准二级动力学k1/min-1qe，cal/(mg·g-1)R250030 42420 04836331 8649880 989680 003020830 5280 995683 结论(1) 通过浸渍-还原法,实现了rGO对涤纶纤维的功能化改性,制备了rGO-PET纤维．rGO-PET纤维对结晶紫有着良好的吸附效果．其中当温度为30 ℃,pH=6,结晶紫浓度为500 mg/L,吸附剂量为200 mg,吸附时间为60 min时,效果最好,吸附量为30.424 2 mg/g．(2) rGO-PET纤维的制备工艺简单,吸附速率快且在吸附完成后,能够快速实现回收并再生使用,再生5次后的吸附量仍有最大吸附量的63.18%．(3) rGO-PET纤维对结晶紫的吸附,在最优条件下的最大理论吸附量为30.528mg/g;其吸附动力学行为更好地贴合准二级动力学模型．参考文献(References):[1] 冯敏.现代水处理技术[M].北京:化学工业出版社,2006:120-131.FENG M.Modern water treatment technology [M].Beijing:Chemical IndustryPress,2006:120-131.[2] 陈志德.印染行业污水处理工艺探析[J].环境与发展,2014,26(1):135-137. CHEN Z D.Sewage treatment process analysis for printing and dyeing industry[J].Environment and Development,2014,26(1):135-137.[3] 肖蓝,王祎龙,唐玉霖,等.石墨烯及其复合材料在水处理中的应用[J].化学进展,2013,25(z1):419-430.XIAO L,WANG Y L,TANG Y L,et al.Graphene-containing composite materials for water treatment[J].Progress in Chemistry,2013,25(z1):419-430.[4] 吴媛,李昕,余水江,等.氧化还原石墨烯对NH3的敏感性研究[J].西安工程大学学报,2014,28(6):720-724.WU Y,LI X,YU S J,et al.Study of gas sensing properties of reduced graphene oxide to NH3[J].Journal of Xi′an Polytechnic University, 2014,28(6):720-724.[5] 邢奕,刘敏,洪晨,等.石墨烯改性有机膨润土吸附性能及其动力学[J].工程科学学报,2016,38(3):438-445.XING Y,LIU M,HONG C,et al.Adsorption performance and kinetics of organobentonite modified with graphene[J].Chinese Journal of Engineering,2016,38(3):438-445.[6] APUL O G,WANG Q,ZHOU Y,et al.Adsorption of aromatic organic contaminants by graphene nanosheets:Comparison with carbon nanotubes and activated carbon[J].Water Research,2013,47(4):1648-1654.[7] XU J,WANG L,ZHU Y.Decontamination of bisphenol A from aqueous solution by graphene adsorption[J].Langmuir the Acs Journal of Surfaces & Colloids,2012,28(22):8418-8425.[8] ZHU P,SHEN M,XIAO S,et al.Experimental study on the reducibility ofgraphene oxide by hydrazine hydrate[J].Physica B:CondensedMatter,2011,406(3):498-502.[9] YANG K,LEE J S,KIM J,et al.Polydopamine-mediated surface modification of scaffold materials for human neural stem cell engineering[J].Biomaterials,2012,33(29):6952-6964.[10] LYNGE M E,VAN D W R,POSTMA A,et al.Polydopamine:A nature-inspired polymer coating for biomedicalscience[J].Nanoscale,2011,3(12):4916-4928.[11] 胡忠良,李雪锋,席柳江,等.石墨烯材料在水处理方面的研究进展[J].功能材料,2016,47(S1):1-6.HU Z L,LI X F,XI L J,et al.Research progress on graphene based materials for water treatment[J].Journal of Functional Materials,2016,47(S1):1-6. [12] NAIR R R,WU H A,JAYARAM P N,et al.Unimpeded permeation of water through helium-leak-tight graphene-basedmembranes[J].Science,2012,335(6067):442-444.[13] ZHANG Z,HUANG H,YANG X,et al.Tailoring electronic properties of graphene by π-π stacking with aromatic molecules[J].Journal of Physical Chemistry Letters,2011,2(22):2897-2905.[14] 葛昊,田辉,李明霞,等.反应条件对水合肼还原氧化石墨烯表面官能团还原效率的影响[J].辽宁大学学报(自然科学版) 2014,41(3):243-250.GE H,TIAN H,LI M X,et al.Influence of reaction conditions on the reduction efficiency of the surface function groups of graphene oxide reduced by hydrazine hydrate[J].Journal of Liaoning University(Natural Sciences Edition),2014,41(3):243-250.[15] RAMESHA G K,KUMARA A V,MURALIDHARA H B,et al.Graphene and graphene oxide as effective adsorbents toward anionic and cationic dyes[J].Journal of Colloid & Interface Science,2011,361(1):270-277. [16] 张彩宁,王煦漫,孙菲,等.淀粉-g-PAM/MMT对结晶紫的脱色研究[J].纺织高校基础科学学报,2015,28(3):375-378.ZHANG C N,WANG X M,SUN F,et al.Study on the decolorization of crystal violet by starch-g-PAM/MMT[J].Basic Sciences Journal of Textile Universities,2015,28(3):375-378.[17] HUBER M M,GOBEL A,JOSS A,et al.Oxidation of pharmaceuticals during ozonation of municipal wastewater effluents:A pilotstudy[J].Environmental Science & Technology,2005,39(11):4290-4299. [18] SHU Y,JIA X.The mechanisms for CTMAB-bentonites to adsorb CBs from water in the adsorption kinetics and thermodynamics view[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2005,25(11):1530-1536.。
石墨烯的吸附性能在环境保护中的应用
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有许多优异的性能，包括高导热性、高机械强度、高比表面积等特点。
由于其独特的结构和性能，石墨烯被广泛应用于各个领域，包括电子、光电、生物医药等。
石墨烯的应用还不断拓展到环境保护领域，其吸附性能被广泛研究和应用于污染物治理、废水处理等方面。
石墨烯的高比表面积和丰富的官能团使其具有出色的吸附性能，能够吸附各种有机和无机污染物。
研究表明，石墨烯对重金属、有机物、气体等污染物具有高效吸附能力，因此被广泛应用于环境保护领域。
下面我们将详细介绍石墨烯在环境保护中的吸附性能应用。
石墨烯在废气治理中的应用也备受关注。
随着工业化进程的不断推进，大量的工业废气排放导致大气污染问题日益严重。
石墨烯由于其出色的吸附性能，被广泛应用于废气治理中。
石墨烯基复合材料可以有效吸附大气中的有机物、硫化物、氮化物等污染物，降低大气污染物的浓度，保护大气环境。
研究表明，利用石墨烯吸附净化废气，不仅可以高效去除有害物质，而且可以实现资源化利用，降低环境污染，具有巨大的经济和社会效益。
石墨烯的吸附性能在环境保护中具有巨大的应用潜力，已经在水处理、废气治理、土壤修复等领域取得了一系列重要的研究成果。
随着对环境污染治理工作的不断加强，石墨烯在环境保护中的应用前景广阔，将为改善人类生态环境和提高人民群众的生活质量做出更大的贡献。
未来，我们可以进一步加强石墨烯在环境保护中的研究和应用，推动其在环保领域的工程化应用，实现环保技术的创新与升级，为促进可持续发展作出更大的贡献。
石墨烯及其复合材料在水处理中的研石墨烯及其复合材料在水处理中的研究摘要：石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有巨大的比表面积、较高的机械强度和稳定的化学性质等优点，在诸多领域有广泛的应用。
石墨烯因具有巨大的比表面积和高的反应活性，作为一种优异的吸附材料在水处理方向具有较好的应用前景。
本文概述了石墨烯及其复合材料在水处理方面的研究进展。
石墨烯及其复合材料对于处理重金属离子和有机污染物质的吸附效果好，吸附容量高。
最后对其在水处理中的应用前景做了展望。
关键词：石墨烯；复合材料；吸附；水处理引言石墨烯（ graphene， GN ）自 2004 年发现以来 ,由于具有独特的结构与性能，很快成为新材料研究领域的热点。
石墨烯是一种 sp2 杂化的碳原子以六边形排列的周期性蜂窝状二维碳质新材料 [1] 。
石墨烯具有独特的物理化学性质 [2] ，除强度较高外，其理论比表面积竟高达2630m2/g,孔隙结构较丰富，这一点使其成为良好吸附材料的基础[3]。
除此之外，还具有良好热导率和电导率[4]〜[5],可在传感器、电极材料、储氢材料等应用⑹。
石墨烯作为水处理材料，在环保领域拥有广阔的应用前景。
这主要是因为，它具有二维的平面结构、开放的孔结构、良好的柔韧性、稳定的化学特性、巨大的比表面积等优点；石墨烯的比表面积比碳纳米管更大，吸附能力更强。
从而应用石墨烯的优异性能，可将其加工成催化材料、吸附材料和过滤材料等，可以有效吸附水中的多种污染物。
同时，由于制造石墨烯的石墨来源比较广泛，且石墨烯相比碳纳米管价格比较低廉，制备过程简单，许多学者开始研究石墨烯在水处理中的应用 [7] 〜 [8] 。
本文介绍了石墨烯与水处理相关的主要性能，综述了石墨烯及其复合材料在水处理中的研究进展，并对当今石墨烯材料在水处理研究中遇到的挑战和问题做了进一步分析，对今后这一领域的研究作了展望。
1石墨烯及其复合材料在水处理中的研究1.1石墨烯石墨烯因其吸附原理简单、费用低及处理效果好等优点广泛应用在水环境治理中。
巨大的比表面积使石墨烯成为良好的吸附材料。
作为吸附剂在水处中的相关研究主要集中在吸附两类污染物：有机物与无机阴离子 [9] 。
水中的有机污染物易与石墨烯表面发生相互作用，形成稳定的复合物，进一步得到去除。
因而许多学者主要研究了石墨烯吸附去除水中的有机染料。
Liu 等人研究了石墨烯在不同温度、 pH 值、接触时间和浓度下对亚甲基蓝的吸附，研究发现石墨烯最大吸附量高达到153.85mg/g,吸附等温线符合Langmu模型［10］。
Wu等人研究了石墨烯对丙烯腈、甲苯磺酸及甲基蓝的吸附，与其他碳纳米材料相比，石墨烯表现出较强的吸附能力,甲基蓝因为有苯环和大分子,从而使石墨烯的吸附速度更快,吸附容量更大［11］。
Li 等人研究了石墨烯在不同温度、pH 值、反应时间下对氟化物的吸附性能, 结果发现在 298K 下,当氟化物的初始浓度为 25mg/L 时,石墨烯的吸附量可达 17.65 mg/g［12］。
石墨烯对无机污染物的吸附研究使其在水处理领域的研究进一步扩大。
但是由于石墨烯表面活性官能团较少,因此许多研究者针对石墨烯进行修饰和改性后,将其应用于重金属的吸附,取得了较好的吸附效果,甚至可以实现多种重金属离子的同时吸附去除［13］。
1.2石墨烯复合材料由于石墨烯自身具有憎水性和易聚性的特点,从而限制了其在水处理领域中的应用,研究亲水性和生物相容性的复合材料是新型石墨烯材料的研究方向。
石墨烯表面呈现稳定的惰性,不利于在溶剂中溶解,更难与其他有机或无机材料均匀地复合。
因此,制备石墨烯复合材料大多是先将氧化石墨烯与纳米材料复合,再将复合后的材料还原得到石墨烯复合材料。
石墨烯复合材料在水处理中的研究应用比较广泛。
目前应用的途径主要有两种：一是吸附、降解污染物使其变成小分子物质；二是将污染物从高价态还原成低价态,主要去除有毒性的高价态金属离子［14］〜［15］。
1）石墨烯与 SiO2 的复合SiO2 价廉、无毒害、化学稳定、且具有生物相容性等特点,对石墨烯表面采用纳米材料修饰可以解决石墨烯自身易聚性问题［16］。
Hao等人采用两步合成法合成 SiO2-石墨烯复合物，用于对Pb2+的去除研究，研究表明该复合物对于Pb2+的去除效果较好，吸附容量远高于单独纳米 SiO2 的应用,且该复合物可以迅速达到吸附平衡,具有明显的优势［17］。
2）石墨烯与壳聚糖的复合壳聚糖是应用最广的天然有机材料，Che ng等人用简单的加热方法合成壳聚糖-石墨烯复合材料，该复材料具有较大的比表面积和独特的介孔结构。
试验研究发现壳聚糖 -石墨烯对 RB5 的去除效果较好，壳聚糖 -石墨烯复合材料在水处理中有一定的应用前景［18］。
3）石墨烯与金属及其氧化物的复合石墨烯与金属及其氧化物形成的复合材料在水处理中的应用一般需要依赖金属及其氧化物本身的特性。
对环境友好的金属如 Mn 和 Fe 及其氧化物优先选用于与石墨烯材料复合。
新型的金属氧化物对水中重金属离子的去除效果较好。
如 MnO2 具有多种形态，作为吸附材料，具有特殊的物理化学等优势，由于在水中难以分散，从而限制了其在水处理领域的广泛应用。
Ren等人用KMnO4与氧化石墨烯发生氧化还原反应制备了石墨烯 -MnO2复合材料，用以去除水中的Ni2+，研究发现该复合材料对 Ni2+的吸附容量高达46.6mg/g, 是同一条件下 MnO2 单独使用的1.5倍，多次重复使用之后，石墨烯 -MnO2 的吸附能力还能恢复到最初的水平［19］。
Sreeprasac 等人用类似的方法合成了石墨烯-Ag复合材料，该复合材料对于水中的Hg2+的吸附能力较石墨烯要强［20］〜［21］。
该复合材料对水环境中重金属污染物的去除提供了新的研究方向。
由于Fe纳米颗粒对染料脱色效果较佳，并且对环境没有毒害，在水处理中应用广泛。
但是常规的还原法制备的 Fe 纳米颗粒反应活性较低，反应时间较长，且颗粒之间容易集聚。
有人试图将Fe纳米颗粒与石墨烯进行复合。
Guo等人通过还原Fe3+和氧化石墨烯获取 Fe3+-石墨烯复合材料，相比单纯的Fe纳米颗粒，该复合物对染料甲基蓝的脱色能力有所提高［22］。
作为Fe的氧化物Fe3O4具有较大的比表面积、良好的生物相容性，常常用于水处理领域。
但Fe3O4粒径小，易团聚。
石墨烯和Fe3O4复合能够有效克服上述缺点，而且复合后还能增强Fe3O4的使用寿命，目前此类复合材料能处理水中的各种金属离子如Cr6+、Co2+、Pb2+、Cu2+等。
除Fe3O4之外，石墨烯还可以与 ZnO2、 CoFe2O4 ZrO2等金属氧化物形成复合材料用于水处理，这些材料不仅具有良好的吸附性，而且还对某种金属离子具有较强选择性［23］。
石墨烯与金属及其氧化物形成的复合材料在水处理吸附方面有很好的应用。
由于石墨烯本身机械强度高、化学性质稳定、比表面积大等突出优点，使得其在水处理中的应用前景值得期待。
但是由于石墨烯为 sp2杂化的C原子形成的单元子层结构，从而表现出较强的憎水性，此外，由于范德华力的作用使石墨烯片层容易重新堆积形成石墨，所以在实际应用中常用的是氧化石墨烯，它是石墨氧化的产物，经过还原即可转化为石墨烯。
2氧化石墨烯及其复合材料在水处理中的研究2.1 氧化石墨烯氧化石墨烯（graphene oxide, GO作为石墨烯的氧化物，与石墨烯相比，GO表面具有丰富的极性含氧基团，如羟基、羧基、环氧基和羧酸基等，表现出良好的亲水性，并可以通过功能基团的作用与其他聚合物结合形成复合物。
此外GO能稳定地分散在水溶液中，便于制备，便于大规模生产。
GO表面的含氧基团还能与金属离子发生络合反应，同时还可以与有机污染物相互作用。
所以 GO可以用于去除水中的金属和有机污染物。
与碳纳管相比， GO的生物相容性更好，与石墨烯相比， GO更便宜，上述特性使得 GO成为一种得天独厚的吸附剂［24］〜［25］。
GO能吸附大多数的金属离子，其中对 Cu2+、Pb2+、Zn2+、Co2+等的吸附量较高、吸附性能较好［26］。
Yang等人研究用GO去除水中的Gu2+，其吸附饱和量可达46.6mg/g［27］Zhao等用GO吸附水中的Pb2+，利用GO表面的含氧基团与Pb2+的络合作用，研究发现溶 2+液的pH 值对Pb的吸附影响较大：当pH值在1〜8范围内时，GO的吸附量随pH值的增加而增大；当 pH 值大于 8 时，吸附量随 pH 值增加而减小［28］。
Wang等人利用GO除去水中的Zn2+，研究发现Zn2+在GO上的吸附量在20min内迅速增加，并逐渐达到平衡［29］。
GO具有大量的含氧基团以及大的比表面积是其具有较大吸附量的根本原因。
GO对有机物的去除研究主要集中于有机染料。
Yang等人用Hummers 制备了 GO,研究了 GO对亚甲基蓝的吸附去除。
研究表明 GO对于亚甲基蓝具有较强的吸附能力，吸附容量远远高于石墨烯和碳纳米管［30］。
2.2氧化石墨烯复合材料为了进一步增强去除水中污染物的能力， GO还可以与其他材料复合。
如Fe3O4, GO 2+2-和Fe3O4复合可以形成具有磁性的 GO/Fe3O4,该复合材料可以有效的去除水中的Co、 CrO4等。
Liu等人将GO溶液与FeCI3和FeCI2溶液混合，然后快速滴加氨水使 Fe2+/Fe3+沉淀即可得到GO/Fe3O4。
该复合材料既可以去除水中的 Co2+，又因GO的加入阻止了 Fe3O4纳米粒子的吸附团聚［31］。
Lee等人将GO的溶液和含有TiO2前体的异丙醇溶液混合，然后采用水热的方法制备出花状的 TiO2，并负载在GO的表面，该复合材料对水中重金属离子有较高的吸附性［32］。
Peng等人通过一种简单的方法合成 GO-FeOOH复合材料来去除水中的砷，研究表明，作为吸附剂，该复合材料具有良好的吸附性能，吸附容量大、吸附速率快，最大吸附容量为 73.42mg/g[33] 3结语石墨烯在水溶液中的分散性不好从而限制其在水处理中的应用，而作为石墨烯的氧化物氧化石墨烯因表面含有大量的羟基、羧基、环氧基等极性官能团，具有亲水性较好，表面的负电荷较高的特点，对于金属离子和带正电荷的染料废水均具有较好的处理效果。
研发新型的石墨烯复合材料主要是依据材料本身去除污染物的特性，通过与石墨烯类碳材料复合，来增强材料在吸附、电子传递及还原等方面的能力。
石墨烯及其复合材料去除污染物的机理尚不清楚，目前对石墨烯材料吸附的机理主要是按照传统的吸附模型来进行，而对一些新的问题还缺乏深入的研究。
例如，有的石墨烯复合材料对金属离子具有良好的选择性吸附，这对特定离子的吸附有十分重要的应用价值，而对其机理却没有进一步的的分析。
